DE10342954B4

DE10342954B4 - Bergungsvorrichtung

Info

Publication number: DE10342954B4
Application number: DE10342954A
Authority: DE
Inventors: Bernd Bischof; Jürgen Starke; Hansjürgen Günther; Peter Foth; Lothar Kerstein
Original assignee: EADS Space Transportation GmbH
Current assignee: Airbus DS GmbH
Priority date: 2003-09-17
Filing date: 2003-09-17
Publication date: 2005-07-28
Anticipated expiration: 2023-09-18
Also published as: US7168660B2; EP1516814A1; DE10342954A1; EP1516814B1; DE502004001992D1; ATE345264T1; US20050103939A1

Abstract

Bergungsvorrichtung für frei im All fliegende Objekte, mit einem sich selbsttätig entfaltenden, über eine Leine mit einem Raumfahrzeug verbundenen und von diesem zu startenden Fangnetz, das an seinem äußeren Rand mit Gewichten versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß insgesamt wenigstens vier Führungsgewichte (5–8) vorgesehen sind, die über einen jeweils zugeordneten Auswurfmechanismus (10) unter einem Winkel zur Bewegungsrichtung des Fangnetzes (9) beschleunigbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bergungsvorrichtung für frei im All fliegende Objekte mit einem sich selbsttätig entfaltenden, über eine Leine mit einem Raumfahrzeug verbundenen und von diesem zu startenden Fangnetz, das an seinem äußeren Rand mit Gewichten versehen ist.

Vorrichtungen dieser Art haben die Funktion, frei im Weltall fliegende Zielobjekte, beispielsweise einen Satelliten, die Oberstufe einer Rakete oder aber eine beliebige andere Art von Weltraummüll, einzufangen. Daneben können diese Vorrichtungen auch zur Rettung von Astronauten dienen, die nicht über eine Halteleine mit einem Raumfahrzeug verbunden sind und die antriebslos von diesem wegzutreiben drohen. Aktiviert werden solche Vorrichtungen im allgemeinen von der im All befindlichen Orbitalplattform aus. So ist eine Vorrichtung bekannt geworden, bei der ein Fangnetz an seinem äußeren Rand mit Gewichten versehen ist und ihm beim Start aus einer zugeordneten Abschußvorrichtung ein Drall derart vermittelt wird, daß es sich aufgrund der auf die Gewichten einwirkenden Zentrifugalkräfte nachfolgend selbsttätig öffnet. Weiterhin sind für diesen Verwendungszweck aber auch vergleichweise komplexe Robotiksysteme bekannt geworden.

Ferner ist nach der US 4750 692 eine Bergungseinrichtung für frei im All fliegende Objekte bekannt geworden, wobei das Einfangen des Zielobjektes mittels Fangseilen erfolgt. Eine entsprechende Anordnung nach der US 6655 637 B1 arbeitet dabei mit Greiffinger.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art möglichst einfach, robust und funktionstüchtig, dabei zugleich möglichst flexibel einsetzbar auszubilden.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß bei einer derartigen Vorrichtung insgesamt wenigstens vier Führungsgewichte vorgesehen sind, die über einen jeweils zugeordneten Auswurfmechanismus unter einem Winkel zur Bewegungsrichtung des Fangnetzes beschleunigbar sind.

Die Führungsgewichte sind dabei vorzugsweise in einem Gehäuse auf einem Kreis äquidistant und unter einem Winkel zur Längsachse des Gehäuses in dessen äußerem Randbereich angeordnet und jeweils über eine zugeordnete Feder beschleunigbar. Nach einer vorbestimmten Zeitspanne wird ein das Fangnetz umspannendes Seil von einem Zusatzmechanismus in zwei der vier Führungsgewichte eingerollt und somit ein Verlieren des eingefangenen Objektes zuverlässig verhindert werden kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist unter anderem den Vorteil auf, daß zu ihrem Start keine separate Abschußvorrichtung erforderlich ist. Da das Objekt mit einem Netz umschlossen wird, ist die Form des Zielobjektes beliebig und es sind keine besonderen Greifvorrichtungen oder Greifadapter notwendig, um das jeweilige Zielobjekt einzufangen. Etwaige Bewegungen des Zielobjektes sind dabei absolut unkritisch für das Funktionieren der Bergungsvorrichtung nach der Erfindung. Schließlich kann jederzeit ein sicherer Abstand zwischen dem Zielobjekt und der Orbitalplattform, von der aus die Bergungsvorrichtung gestartet wird, eingehalten werden.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen
1 eine mit einer Reihe von Bergungsvorrichtungen ausgerüstetes Weltraumplattform in perspektivischer Darstellung,
2 und 3 eine der Bergungsvorrichtungen gemäß der Darstellung in 1 in zwei perspektivischen Ansichten,
4 und 5 die Bergungsvorrichtungen gemäß den 2 und 3 in zwei zueinander senkrechten Schnittdarstellungen,
6 und 7 Detaildarstellungen der Bergungsvorrichtung gemäß den 2 und 3 in zwei unterschiedlichen Zuständen und
8 und 9 eine Anordnung gemäß 1 in zwei verschiedenen Stadien ihres Einsatzes.
Die in 1 gezeigte Weltraumplattform 1 ist mit einer Reihe von Bergungsvorrichtungen 2 ausgerüstet, die für das Einfangen und den Transport von frei im All fliegenden Objekten einsetzbar sind. zu letzteren zählen unter anderem abgeschaltete Systeme, die nicht wieder aktiviert werden sollen, wie beispielweise Satelliten, deren Lebensdauer abgelaufen ist, oder ausgebrannte Raktenoberstufen. Daneben können diese Bergungsvorrichtungen aber auch zur Rettung von Astronauten verwendet werden. Die Plattform 1 führt im Fall des hier dargestellten Ausführungsbeispiels einen Vorrat von etwa zwanzig derartigen Bergungsvorrichtungen 2 mit, die nachfolgend anhand der 2 bis 9 im Detail beschrieben werden sollen.
Bei der in den 2 bis 4 gezeigten Bergungsvorrichtung 2 sind unter einer Abdeckung 3 in einem Gehäuse 4 insgesamt vier Führungsgewichte 5 bis 8 angeordnet, die gemeinsam ein Fangnetz 9 aufspannen. Zu diesem Zweck sind die Führungsgewichte 5 bis 8 in den äußeren Randbereich des Netzes 9 integriert. Das Netz 9 ist vor dem Start bzw. dem Auslösen der Anordnung zusammengefaltet im Inneren des Gehäuses 4 untergebracht. Die Führungsgewichte 5 bis 8 sind, wie insbesondere in den 6 und 7 zu erkennen, auf einem Kreis äquidistant und unter einem Winkel zur Längsachse des Gehäuses 4 in dessen äußerem Randbereich angeordnet.
Jedes der im Fall des hier beschriebenen Ausführungsbeispiels vier Führungsgewichte 5–8 besitzt eine Masse von etwa einem kg und wird über eine zugeordnete Spiralfeder 10 beschleunigt, die bei einer Öffnung der Abdeckung 3 ausgelöst wird und die das jeweilige Führungsgewicht in eine Richtung beschleunigt, die unter einem Winkel zur vorgesehenen Flugbahn des Netzes 9 radial nach außen verläuft. Zur Initiierung dieser Öffnung der Abdeckung 3 sind ein Bolzenschneider 11 sowie eine weitere, im Zentrum des Gehäuses 4 angeordnete Feder 12 vorgesehen.
Nach dem Durchtrennen der Halterung für die mit der Abdeckung 3 verbundene, von der Spiralfeder 12 beaufschlagte Stange 13, durch den Bolzenschneider 11 entfalten die vier Führungsgewichte 5–8, durch die zugeordneten Federn 10 beschleunigt, das Netz 9, das mit der Abdeckung 3 verbunden ist. Das Fangnetz 9 ist seinerseits über ein im Fall des hier beschriebenen Ausführungsbeispiels 60 Meter langes Seil 14 mit einer an der Orbitalplattform 1 angeordneten ansteuerbaren Rolle verbunden. Diese Rolle wird in einem geschlossenen Regelkreis durch einen Motor, ein Zugkraftmesser, den Bordcomputer der Weltraumplattform 1 sowie durch eine Bodenkontrolle kontrolliert und gesteuert.
Sobald das Netz 9 ein einzufangendes Zielobjekt 15 erreicht und teilweise umschlossen hat, werden dafür vorgesehene Mechanismen, die im Fall des hier beschriebenen Ausführungsbeispiels in zwei der vier Führungsgewichte 5–8 integriert sind und von denen einer in 6 erkennbar ist, aktiviert, um das Netz 9 über bzw. hinter dem Zielobjekt 15 zu schließen. Die Mechanismen bestehen dabei jeweils aus einem Rotor 16, der über einen Elektromotor 17 mit geringen Abmessungen, einem sogenannten spin drive, angetrieben wird, einer Batterie 18 sowie einem Mikroschalter 19. Letztere aktivieren einen Zeitschalter, um beispielsweise nach einer Zeitdauer von etwa 60 Sekunden die Motoren 17 zu starten, so daß diese eine im Randbereich des Netzes 9 zwischen den Gewichten angeordnete Schnur, die alle vier Führungsgewichte 5–8 miteinander verbindet, aufzurollen beginnen und so das Netz 9, wie in 9 erkennbar ist, so weit schließen, daß das Zielobjekt 15 bei weiteren oder gegenläufigen Rotationsbewegungen nicht wieder freigegeben wird und verloren gehen kann. Dazu sind die Antriebe in den Führungsgewichten 5 mit Vorrichtungen zur Rückdrehsicherung wie z.B. Schneckentriebe oder Spindeltriebe ausgerüstet.
Die Netze 9 der einzelnen Bergungsvorrichtungen 2 können unterschiedliche Durchmesser von etwa 10, 15 oder mehr Metern sowie angepasste Maschengrößen von etwa 0,3 bis 0,5 Metern aufweisen und damit für unterschiedliche Größen von Zielobjekten 15 geeignet sein. Jedes Netz 9 ist über ein Seil 14, das im Fall des hier beschriebenen Ausführungsbeispiels eine Länge von etwa 60 Metern und eine Stärke von etwa einem Millimeter aufweist, mit der Orbitalplattform 1 verbunden. Die auf der Orbitalplattform 1 befindliche ansteuerbare Winde mit Motor dient dazu, die Seillänge und die Zugkräfte sowohl während des Bergungsvorganges und der dabei notwendigen Stabilisierung des eingefangenen als auch während möglicher nachfolgender Transportvorgänge zu kontrollieren bzw. zu steuern. Ihr zugeordnet sind ferner ein Zugkraftmesser und ein Bolzenschneider. Ein Visualisierungssystem in Form einer Kamera ermöglicht es schließlich einem Bediener, den Einfangprozess zu beobachten und zu steuern.
Nach Beendigung einer solchen Mission und nach dem Transfer des Zielobjektes 15, z.B. eines Satelliten, in einen sogenannten Friedhofsorbit, kann das Netz 9 einschließlich des Seiles 14 von der Oritalplattform 1 aus abgetrennt werden.

Claims

Bergungsvorrichtung für frei im All fliegende Objekte, mit einem sich selbsttätig entfaltenden, über eine Leine mit einem Raumfahrzeug verbundenen und von diesem zu startenden Fangnetz, das an seinem äußeren Rand mit Gewichten versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß insgesamt wenigstens vier Führungsgewichte (5–8) vorgesehen sind, die über einen jeweils zugeordneten Auswurfmechanismus (10) unter einem Winkel zur Bewegungsrichtung des Fangnetzes (9) beschleunigbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsgewichte (5–8) in einem Gehäuse (4) auf einem Kreis äquidistant und unter einem Winkel zur Längsachse des Gehäuses (4) in dessen äußerem Randbereich angeordnet und jeweils über eine zugeordnete Feder (10) beschleunigbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsgewichte (5–8) beim Auslösen des Netzes gleichzeitig freigegeben werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsgewichte (5–8) sowie das Fangnetz (9) unter einer mit dem Fangnetz (9) verbundenen Abdeckung (3) des Gehäuses (4) angeordnet sind, die ihrerseits über eine zugeordnete Feder (12) beaufschlagbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens zwei der Führungsgewichte (5–8) Mechanismen zum Verschließen des Fangnetzes (9) hinter einem Zielobjekt (15) integriert sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mechanismen jeweils aus einem über einen Elektromotor (17) angetriebenen Rotor (16), einer Batterie (18) sowie einem Mikroschalter 19 bestehen, wobei die Rotoren (16) auf eine die Führungsgewichte (5–8) miteinander verbindende Schnur wirken.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mechanismen jeweils über einen eigenen voreingestellten Startverzögerungsmechanismus verfügen, der das Verschließen des Fangnetzes bis zu einem passenden Zeitpunkt nach Einfangen des Objektes verschiebt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bergungsvorrichtung über ein in seiner Länge und seinen Zugkräften einstellbares Seil mit der Orbitalplattform verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Bergungsvorrichtung und der Orbitalplattform über die Länge und die Zugkräfte des Seiles geregelt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Seil nach Transport des Objektes an seinen Zielort oder -orbit auf der Orbitalplattformseite abgetrennt wird und so das geborgene Objekt im Netz gesichert aussetzt.